太阳风给地球送水：地球上的水从哪里来？
杨学祥，杨冬红
地球上的水，究竟是从哪里来的呢？ 直到今天，这个问题在科学界仍有很大的分歧，主要有“ 火山说 ”、“ 彗星说 ”等观点。
太阳风暴与臭氧层“约会”引发科学争议
(2000.06.09 14.20.45)
地球上空的臭氧层，这个正在逐渐变瘦的飞天“少女”，在今年夏天被太阳风暴多次热烈地“拥抱”。但她又陷入困惑，不知道太阳风暴的热“吻”对她而言究竟是福是祸。这几天，太阳风暴给臭氧层带来的影响引起科学家的关注，不过两种截然不同的观点使这个问题成为一桩新的科学悬案。
一种看法认为，太阳风暴有利于臭氧层的恢复；另一种意见则认为，太阳风是导致南极臭氧空洞的“元凶”。提出这两种观点的都是我国从事相关研究的科学家，他们都持之有故、言之成理。
中国科学院大气物理所的专家认为太阳风暴对大气臭氧具有补充作用。该所的研究员邹捍说，在赤道地区平流层的高层，太阳辐射把氧原子从氧分子中激活出来，和另外的氧分子结合成臭氧，这是臭氧的产生过程。由于太阳风暴带来更多的紫外线辐射，这样产生的臭氧就会增多。臭氧的产生主要是紫外线光合作用的结果。从理论上讲，紫外线辐射越强，臭氧也会越多。而根据最近十几年的统计数据分析，太阳活动高峰年份臭氧浓度有所增加。
大气层中的臭氧被称为地球生物的“保护伞”，它能抵御来自太阳的有害辐射。
对于地球臭氧空洞的形成，国内还有别的科学家进行了研究分析。长春科技大学教授杨学祥指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”恰恰就是太阳风。他在一篇论文中指出，南极臭氧层出现空洞的主要原因是太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。太阳风暴带来的高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。杨教授的论文曾在《科学美国人》上发表，世界四大通讯社之一的法新社，也全文转发了新华社的英文稿。
中国空间科学学会理事长、北京大学教授萧佐接受本报记者采访时表示，太阳风暴与臭氧层的关系目前科学界还没有定论，产生科学争议可以引导大家做更深入的研究。一般而言，国际上多数科学家认为臭氧的减少是人类活动所造成，尤其是大量使用氟利昂。但这个结论本身还有待于进一步证实，也有少数科学家对此提出不同的观点，争议还将存在。
目前，国内科学界还是倾向于认为，太阳风暴将能够使臭氧成分增加，但作用可能十分有限。如果真是这样，太阳风暴对臭氧层来说影响不大。
（《中国青年报》 2000-08-09）
http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html
百度评论：
南极臭氧洞的主要原因是太阳风。 杨学祥 在其论文中指出，太阳风带来的高能粒子流穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层1。这一观点在 《科学美国人》 上发表，并得到了 法新社 的转发1。
太阳风对臭氧层的影响存在两种主要观点：
有利于臭氧层恢复： 中国科学院大气物理所 的专家认为，太阳风暴对大气臭氧具有补充作用。太阳辐射在赤道地区平流层的高层将氧原子从氧分子中激活出来，与另一个氧分子结合成臭氧，从而增加臭氧的浓度1。
导致臭氧层破坏：杨学祥的观点认为，太阳风的高能粒子进入地球大气层后消耗了两极的臭氧，导致南极臭氧洞的形成1。
目前，科学界普遍认为臭氧的减少主要是由人类活动造成的，尤其是氟利昂的大量使用。然而，太阳风暴对臭氧层的具体影响仍存在争议，需要进一步的研究来确认1。
PNAS: 超级太阳风暴对地球的影响
地球磁场就像一把巨大的“保护伞”，保护地球免遭超级太阳风暴威胁。近日《美国国家科学院院刊》发表最新文章，模拟了太阳风暴对地球的影响，正常情况下，地球磁场能偏转大部分太阳高能粒子，但超级太阳风暴仍将影响人类健康和生态系统。而在地磁偏移期间，超级太阳风暴将导致全球臭氧层严重损耗，紫外线辐射激增，持续数年之久，引发一系列生态灾难。地球历史上曾多次经历地磁偏移，可能对生命演化产生深远影响，例如推动生物演化出视觉系统和坚硬外壳。
太阳活动，尤其是太阳粒子事件 (Solar particle events，SPE)，会释放出大量高能粒子，这些粒子能够到达地球，并对地球大气、气候和生物圈造成潜在影响。幸运的是，地球并非完全暴露在宇宙射线威胁之下。地球磁场就像一把巨大的“保护伞”，能够偏转大部分来自太阳和宇宙深处的高能粒子。但地球磁场强度并非一成不变，历史上曾多次出现减弱甚至反转的情况。在地球磁场较弱的时期，SPE对地球的影响将被放大，高能粒子将更容易穿透大气层到达地表，造成更严重的破坏。
近年来，科学家通过树木年轮、冰芯等自然记录，发现了地球历史上曾多次发生超级SPE的证据，其强度远超现代仪器记录的任何一次。另外，地质记录显示，地球磁场强度经历过多次波动，并发生过多次地磁偏移和反转事件。在地磁偏移期间，地球磁场强度会显著降低，持续时间可达数百年甚至数千年，这会大大增加地球暴露于宇宙射线和SPE的风险。这些史前超级SPE事件和地磁偏移事件的发现，引发了科学界对极端太阳活动潜在影响的担忧。过去，针对SPE对地球影响的研究主要关注其对高层大气和近地空间的影响，而对其对气候系统、生态系统和人类健康的影响关注较少。此外，以往的研究大多没有考虑地球磁场变化的影响，导致对SPE潜在影响的评估可能存在偏差。
图1 在当前条件下（A和C）和地磁偏移期间（B和D），全球月平均NOx（A和B）和O3（C和D）对SPE的响应。
为了更全面地评估超级SPE在不同地球磁场强度下对地球大气和地表的潜在影响，《美国国家科学院院刊》期刊上发表最新文章，利用耦合大气-海洋-化学-气候模型 (SOCOL3-MPIOM) 和辐射传输模型 (LibRadtran) 模拟了极端太阳粒子事件（SPE）在当前地球磁场环境和地磁偏移（地球磁场消失）两种情景下对地球的影响，旨在更全面、更准确地评估超级SPE对地球和人类文明的潜在威胁。主要结果如下：
图2 在当前条件下（A-D）和地磁偏移期间（E-H），SPE的年纬向平均氮氧化物响应。
一、在当前地球磁场环境下，超级SPE的影响主要集中在极地地区，对全球气候和生态系统的影响相对有限，但仍可能对人类健康构成一定威胁。
大气化学变化: 极地地区平流层上层和平流层臭氧浓度将减少约30%，持续约一年时间，随后逐渐恢复。对流层臭氧总量在南北极地区分别减少约8%和12%，但热带地区变化不大。
地表紫外线辐射: 各大陆地表紫外线辐射普遍增强，其中波长越短的紫外线辐射增加比例越高，部分波段增幅超过80%。北美、欧洲和亚洲的紫外线指数增加约5%，南美、非洲和澳洲增加2-3%，持续2-3年。
生物影响: 北半球大陆维生素D合成速率增加5-7%，南半球增加幅度较小。全球DNA损伤率有所上升，其中北美、欧洲和亚洲地区增加约10%，持续数年。
图3 在当前条件下（A-D）和地磁偏移期间（E-H），对SPE的年纬向平均O3响应。
二、在地磁偏移期间，超级SPE将会对全球气候、生态系统和人类社会造成灾难性的后果。
大气化学变化: 全球臭氧层遭受严重破坏，平流层臭氧浓度在南北极地区分别减少约50%和40%，即使在3年后仍未恢复到正常水平。对流层臭氧总量在全球范围内减少12-16%，其中极地地区最为严重，且持续时间超过3年。地表紫外线辐射:全球地表紫外线辐射急剧增强，部分波段增幅超过320%，并持续5-6年。全球紫外线指数显著上升，其中欧洲、北美和亚洲地区增幅高达25%，南美、非洲和澳洲也达到20%，且持续时间长达5-6年。
生物影响:全球维生素D合成速率大幅提高，北半球大陆增加约30%，南半球增加约20%。全球DNA损伤率急剧上升，欧洲、北美和亚洲地区首年增幅高达50%，南半球也达到40%，且持续6年后才逐渐恢复正常。强烈的紫外线辐射可能导致人类和其他动物出现雪盲症等眼部疾病。
结语: 本研究通过模拟两种不同情景下超级SPE对地球的影响，揭示了地球磁场对地球生命的保护作用，以及超级SPE在极端情况下可能带来的灾难性后果。研究结果强调了加强太空天气监测和预警，以及制定应对超级SPE等极端事件的应急预案的重要性。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1478951.html
短评
《美国国家科学院院刊》发表最新文章，模拟了太阳风暴对地球的影响，正常情况下，地球磁场能偏转大部分太阳高能粒子，但超级太阳风暴仍将影响人类健康和生态系统。而在地磁偏移期间，超级太阳风暴将导致全球臭氧层严重损耗，紫外线辐射激增，持续数年之久，引发一系列生态灾难。这为我们的下述观点提供了有力证据。
南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风：太阳粒子如何破坏我们的臭氧层？
吉林大学：杨学祥，杨冬红
长春科技大学教授杨学祥1999年撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。
上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学
美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷
采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。
1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直
在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破
坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。
1999年，杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因，这一观点依据不足。他说，事
实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，
则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。
他在论文中指出，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变
薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层
后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。
杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中
到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极
臭氧。
学者叶倾城2021年撰文指出，自21世纪初之后，基于陆续发射升空的新型观测卫星，科学家掌握越来越
多的证据表明，太阳粒子在影响极地臭氧方面发挥着重要作用。在太阳活动特别活跃的时候，当太阳向太空释
放大量粒子时，海拔50千米以上的地区多达60%的臭氧会被消耗，该影响可能持续几个星期。
在更低的地球大气位置，大约低于距离地球表面50千米的区域，太阳粒子是造成极地臭氧水平逐年发生
变化的重要因素，太阳粒子袭击将持续导致臭氧损失，然而，最近一项研究表明，太阳粒子还有助于抑制南
极臭氧空间进一步损耗。
https://www.kepuchina.cn/more/202104/t20210402_2980297.shtml
太阳风暴给地球送水
有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层
后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”，两极是地球水源的始发地。
参考文献
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https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332336.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332835.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1479010.html
相关报道
地球上的水究竟从哪里来？
有报道称，地球是太阳系八大行星中，唯一被液态水所覆盖的星球。地球表面70.8%的面积是海洋，陆地面积只占29.2%。地球水资源总量约为13.6亿立方公里，主要分布在海洋、南北极冰川和陆地水系中。这是一个什么概念呢？形象地说：如果把地球表面的落差拉平，那么地球表面平均水深将达到2400多米！
地球上这么多的水，究竟是从哪里来的呢？ 直到今天，这个问题在科学界仍有很大的分歧，主要有“ 火山说 ”、“ 彗星说 ”等观点。
“ 火山说 ”认为在大约50～55亿年前，太阳星云分化出来的固体碎片尘埃和气态物质聚集在一起，形成了最初的地球，固体尘埃聚集结合形成地球的内核。 原始的地球，既无大气，也无海洋，是一个没有生命的世界。 此时的地球结构松散，质量不大，引力也小，温度很低。在此后的几亿年里，由于地球不断收缩，内核放射性物质产生能量，致使地球温度不断升高，有些物质慢慢变暖熔化，较重的物质，如铁、镍等聚集在中心部位形成地核，最轻的物质浮于地表。随着地球表面温度逐渐降低，地表开始形成坚硬的地壳。但因地球内部温度很高，岩浆活动就非常激烈。地幔里的熔融岩浆涌喷而出，造成有些地方隆起形成山峰，有的地方下陷形成低地与山谷。因此，那时的地球到处是一片火海。
随同岩浆喷出的还有大量的水蒸气和二氧化碳等气体。此时， 这些气体已无法摆脱地球的引力，从而围绕着地球，构成了“原始的地球大气”。 火山喷发的水蒸气来自地壳内部。由于最初形成原始地球的固体尘埃，多是无机盐之类的物质，在它们内部蕴藏着许多水分子，即所谓的结晶水合物。结晶水合物里面的结晶水在地球内部高温作用下离析出来就变成了水蒸气。喷到空中的水蒸气达到饱和时便冷却成云，形成降雨。经过很长时间的降雨，在地壳低洼处不断积水，形成了最原始的海洋。原始的海洋和湖泊，其水量不是很多， 随着地球内部产生的水蒸气不断被送入大气层，地面水量也不断增加，经历几十亿年的地球演变过程，最后终于形成我们现在看到的江河湖海。 另外，原始海洋的海水只是略带咸味，后来盐分才逐渐增多。经过水量和盐分的逐渐增加，以及地质历史的沧桑巨变，原始的海洋才逐渐形成如今的海洋。
科学家曾对组成地球地幔的球粒陨石进行分析，发现含有0.5%-5%的水，最多的可达10%。如果当初组成原始地球的陨石，只要有1/800是这些球粒陨石的话，那么就足以形成今天的地球水圈。在对火山研究中发现：火山喷发的确会将大量水蒸汽释放到地球的大气中，约占喷发量的75%，如美国阿拉斯加有一座叫“万烟谷”的火山，在每年喷出的气体中，水汽就有6600万吨。“火山说”是第一种有代表性的说法。
还有一种说法是，地球上的水来自 冰慧星雨 。这是美国科学家提出的一种新的假说。科学家经研究发现，地球表面的水会向太空流失。这是因为大气中水蒸气分子，在太阳紫外线的作用下，会分解成氢原子和氧原子。当氢原子升到距地面80―100公里的高热层中时，氢原子的运动速度会超过宇宙速度，从而脱离地球大气，进入太空消失掉。科学家推算， 飞离地球表面的水量与进入地球表面的水量大致相等。 但地质科学家发现，2万年来，世界海洋的水位涨高了大约100米。于是，地球表面水量不断增多就成难解之迷。
直到美国衣阿华大学研究小组的科学家，从人造卫星发回的数千张地球大气紫外辐射图像中，发现在圆盘形状的地球图像上总有一些小黑斑。每个小黑斑大约存在2―3分钟，面积约有2000平方公里。经过分析，这些斑点是由一些看不见的冰块组成的小彗星冲入地球大气层，破裂和融化成水蒸汽造成的。科学家估计， 每分钟大约有20颗平均直径为10米的冰状小彗星进入地球大气层，每颗释放约100吨水。 地球形成至今大约已有38亿年的历史，由于这些小彗星不断供给水分，从而使地球得以形成今天这样庞大的水位。但是，这种理论也有它不足的地方。就是缺乏海洋在地球形成发育的机理过程，而且这方面的证据也很不充分。
对于地球上的水究竟来自何方这个问题，也许要等到太阳系起源问题、地球起源等问题得到解决后，才会有确认的答案。
https://baike.baidu.com/tashuo/browse/content?id=936cd571053050d061412a07
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